【正文】 開(kāi)始 （ R0） +1→ R0 延時(shí)子程序 （ R0）是否等于 17H 10H→（ R0） N Y 反向轉(zhuǎn)動(dòng) 部分 通過(guò)給 P2 口分別送入 05H， 04H， 0CH， 02H， 03H， 01H 使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 31 系統(tǒng)主流程圖 開(kāi)始 初始化 相應(yīng)按鍵子程序 按鍵判斷 按鍵查詢部分 查鍵程序用于判斷 口與 口的值，當(dāng) 口為 0 時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng) 口為 1 時(shí)，繼續(xù)判斷 口的值， 口為 0 時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 本程序主要由鍵盤程序、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序兩部分 部份組成，主程序首先初始化各變量，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各引腳均輸出高電平，便進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待鍵入相應(yīng)操作。 硬件總體實(shí)現(xiàn) 以上各單元電路分別設(shè)計(jì)論證通過(guò)后，對(duì)電路進(jìn)行總和，分為系統(tǒng)主體和驅(qū)動(dòng)電路兩大塊。 控制電路如圖 所示。單相驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示。鍵盤作為一個(gè)外部中斷源，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來(lái)調(diào) 用中斷服務(wù)程序，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。待驅(qū)動(dòng)、晶振、復(fù)位、鍵盤各個(gè)電路的設(shè)計(jì)完成之后，進(jìn)行硬件合成，就是一個(gè)完整的步進(jìn)電機(jī)控制系 統(tǒng)。以其中的幾個(gè)口控制驅(qū)動(dòng)電路，由于步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，電機(jī)繞組內(nèi)的電流值一般都能達(dá)到數(shù)安培，而控制電機(jī)繞組內(nèi)電流變化的控制信號(hào)一般都是由邏輯電路產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，電壓一般比較低，為了防止單片機(jī)或控制信號(hào)等受到后級(jí)模擬電路的干擾，通常在驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)時(shí)都要設(shè)計(jì)電壓隔離接口 ，以便把數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)隔離開(kāi) .所以將光電隔離電路接在驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)出口之間。 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)控式電機(jī)，其最大特點(diǎn)是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。因此典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 控制系統(tǒng)主要由三部分組成 :步進(jìn)控制器、驅(qū)動(dòng)器 (把控制器輸出的脈沖加以放大，來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) )、步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件為步進(jìn)電機(jī)。由操作系統(tǒng)完成把操作者的操作轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能接受的電信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)隨之作出反應(yīng)，完成規(guī)定動(dòng)作。當(dāng) A 相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊時(shí)，磁極上 的齒剛好超前（或滯后）轉(zhuǎn)子齒 1/3 齒距（即 3176。這樣，每次定子繞組通電狀態(tài)改變時(shí)，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)過(guò)齒間夾角的1m （三相三拍）或 12m (三相六拍 )角度。 3） 每一極距的空間角（也稱極間夾角）為： 3602m?? ?? 式中 m 為步進(jìn)電機(jī)相數(shù)。 步進(jìn)電 機(jī)的主要特性 1）步距角 步距角 ? 是決定步進(jìn)式伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)。這樣，如果按 A A、 B B B、 C C C、 A A??的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子遍順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng)，步距角為 15176。接著 A 相斷電， B 相繼續(xù)通電。這時(shí)定子 B、 B39。以三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 的工作原理 圖 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖 是反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，它的定子具有均勻分布的六個(gè)磁極，磁極上有繞組。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動(dòng)小。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。 (l)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ Variable Reluctance,簡(jiǎn)稱 VR）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是 由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。 步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類型。 ，可在幾十角分至 180 度大范圍內(nèi)選擇。 ，步距誤差不長(zhǎng)期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有一定精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，也可以要求更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng) 。就傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)可以簡(jiǎn)單地定義為 :根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)一定角度或長(zhǎng)度，若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動(dòng)機(jī)。 細(xì)分驅(qū)動(dòng)是指在每次脈沖切換時(shí)，不是將繞組的全部電流通入或切除，而是只改變相應(yīng)繞組中電流的一部分，電動(dòng)機(jī)的合成磁勢(shì)也只旋轉(zhuǎn)步距角的一部分。 為改善恒流驅(qū)動(dòng)方式的低頻特性，設(shè)計(jì)一個(gè)低速時(shí)低電壓驅(qū)動(dòng)，高速時(shí)高電壓驅(qū)動(dòng)的電路，使其成為一個(gè)由脈沖頻率控制的可變輸出電壓的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電源。 高低壓驅(qū)動(dòng)是指不論電動(dòng)機(jī)的工作頻率是多少，在導(dǎo)通相的前沿用高電壓供電來(lái)提高電流的上升沿斜率，而在前沿過(guò)后采用低電壓來(lái)維持繞組的電流，即采用加大繞組電流的注入量以提高出力，而不是通過(guò)改善電路的時(shí)間常數(shù)來(lái)使矩頻性能得 以提高。缺點(diǎn)是串接 電阻器的做法將產(chǎn)生大量的能量損耗，尤其是在高頻工作時(shí)更加嚴(yán)重，因而它適用于小功率或?qū)π阅苤笜?biāo)要求不高的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)指的是用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電和斷電，同時(shí)也是對(duì)繞組承受的電壓和電流進(jìn)行控制的技術(shù)。但由于 PLC的掃描周期一般為但由于 PLC 的掃描周期一般為幾毫秒到幾十毫秒，相應(yīng)的頻率只能達(dá)到幾百赫茲，因此，受到 PLC 工作方式的限制及其掃描周期的影響，步進(jìn)電機(jī)不能在高頻下工作，無(wú)法實(shí) 現(xiàn)高速控制。采用軟件環(huán)形分配器占用 PLC 資源較多，特別是步進(jìn)電機(jī)繞組相數(shù)大于 4時(shí)，對(duì)于大型生產(chǎn)線應(yīng) 該予以考慮?？刂葡到y(tǒng)采用 PLC 來(lái)產(chǎn)生控制脈沖。 基于以上優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用基于單片機(jī)的控制方案。環(huán)形 分配器其功能由單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，采用軟件編程的辦法實(shí)現(xiàn)脈沖的分配 。 采用 單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法。開(kāi)環(huán)時(shí)，其平穩(wěn)性好，成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但未能實(shí)現(xiàn)高精度細(xì)分。此種控制電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)一般步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分任務(wù)。若采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，在性能明顯提高的同時(shí)還能大大降低產(chǎn)品的成本 。特別適合要求運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、高輸出扭矩的應(yīng)用場(chǎng) 合。 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用非常廣泛，具體應(yīng)用如下： 機(jī)主要用于一些有定位要求的場(chǎng)合。操作方便 。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低 。還比如為了適應(yīng)一些領(lǐng)域中高精度定位和運(yùn)行平穩(wěn)性的要求，出現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，就包括振蕩器、環(huán) 行分配器控制的細(xì)分驅(qū)動(dòng)、基于單片機(jī)斬波恒流驅(qū)動(dòng)、基于單片機(jī)的直流電壓驅(qū)動(dòng)三種常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)方式，除上述三種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案之外，目前報(bào)道的驅(qū)動(dòng)方案還有根據(jù)匯編語(yǔ)或 C語(yǔ)一言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，在 windows 平臺(tái)下利用 Visual C++ 提供的串行通信控件MSColnln 來(lái)實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與步進(jìn)電機(jī)控制器之間的數(shù)據(jù)通訊，最終實(shí)現(xiàn)由 PC 機(jī)直接控制步電機(jī)的方法 。上世紀(jì) 80 年 代以后，由于微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式變得更加靈活多樣。 除了在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，近年來(lái)由于微型計(jì)算機(jī) 方面的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制發(fā)生了革命性變革。其中華中數(shù)控系統(tǒng)解決了“五軸聯(lián)動(dòng)”，為“神州”系列 飛船順列升空立下了汗馬功勞。 正是由于步進(jìn)電機(jī)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，所以成了機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。就是說(shuō)給一個(gè)電脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度或者前進(jìn)一步，其輸出轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的個(gè)數(shù)、頻率有著嚴(yán)格的比例關(guān)系。而且，有感于目前的職業(yè)教育的專業(yè)教材各種技術(shù)太過(guò)經(jīng)渭分明，由此帶來(lái)的實(shí)習(xí)也是比較零散，沒(méi)有把一些在工程實(shí)踐中應(yīng)該結(jié)合在一起的技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，因此本文的研究?jī)?nèi)容就是設(shè)計(jì)一套硬件系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便，可靠性高的，能夠有機(jī)地把電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、電機(jī)的控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。 武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 步進(jìn)電機(jī)是一種通過(guò)電脈沖信號(hào)控制相繞組電流實(shí)現(xiàn)定角轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)電元件，與其他類型電機(jī)相比具有易于開(kāi)環(huán)精確控制、無(wú)積累誤差等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。有的系統(tǒng)在操作上不是很方便，交互性不強(qiáng)。可以說(shuō)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)天生就是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)外加控制脈沖，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組的導(dǎo)通或截止，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)。目前世界各國(guó)都在大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，我國(guó)己經(jīng)能夠自行研制開(kāi)發(fā)適合我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展需要的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服執(zhí)行元件，不僅可以應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控伺服系統(tǒng)，而且也可以輔以先進(jìn)的檢測(cè)和反饋元件，組成高精度全閉環(huán)數(shù)控系列，從而達(dá)到很高的加工精度。 為了得到良好的控制性能，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制的研究就一直沒(méi)有停止過(guò)，